ABB FBP總線適配器智能電機(jī)控制器中和PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 概述

在諸多的總線標(biāo)準(zhǔn)中，各種總線都稱(chēng)是標(biāo)準(zhǔn)的，但在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不能劃地為界的行業(yè)或領(lǐng)域，各種總線都互相滲透。例如DeviceNet廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、物料搬運(yùn)和制造加工業(yè)，但在歐洲，Profibus標(biāo)準(zhǔn)也是這些領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)者且占據(jù)了絕對(duì)的份額。此外，Profibus標(biāo)準(zhǔn)在一些特定行業(yè)的應(yīng)用也非常廣泛，像Profibus DP在汽車(chē)工廠中的應(yīng)用就是如此。然而，有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象是，德國(guó)的CANopen總線本身也用在汽車(chē)行業(yè)。但是，不管怎么看，整個(gè)市場(chǎng)基本上可以劃分為過(guò)程工業(yè)和制造工業(yè)兩類(lèi)。

隨著工業(yè)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)更快捷、高效的生產(chǎn)和運(yùn)行而不斷地投資，掛在這些不同總線上的智能化裝置正在迅速增加?？偩€的應(yīng)用的確能夠給終端用戶(hù)企業(yè)帶來(lái)生命力和強(qiáng)大的業(yè)務(wù)處理能力，但同時(shí)也給智能化裝置供應(yīng)商帶來(lái)一個(gè)難題：他們必須根據(jù)眾多的總線分別設(shè)計(jì)出不同的總線產(chǎn)品，以滿足各種總線的需要；但產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口都是硬件化的，一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成多種硬件在制造成本上是不可取的。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線中的控制布線是一項(xiàng)很費(fèi)時(shí)間的工作，而且在安裝工程中不太容易成功。這種工作復(fù)雜度顯然與今天設(shè)備操作更簡(jiǎn)便的趨勢(shì)是背道而馳的。系統(tǒng)集成商期盼有一種能夠即插即用（plug & produce）的解決方案，不用再辛苦地查閱供應(yīng)商提供的厚厚的產(chǎn)品參數(shù)說(shuō)明書(shū)。這其實(shí)就是一種對(duì)工業(yè)通信柔性化、簡(jiǎn)單化的需求。由此，ABB設(shè)計(jì)生產(chǎn)一種可以簡(jiǎn)單快速連接任何總線系統(tǒng)的產(chǎn)品（FieldBusPlug-FBP）來(lái)簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線，如圖1所示。實(shí)際上FBP就是總線適配器。

圖 1 現(xiàn)場(chǎng)總線適配器（FBP）

2、 FBP系統(tǒng)的功能

FBP系統(tǒng)可以通過(guò)任何一種協(xié)議的總線適配器，與通常的自動(dòng)化系統(tǒng)（PLCs），用一種簡(jiǎn)單而有效的方式，把開(kāi)關(guān)設(shè)備和其它類(lèi)似的元件連接起來(lái)，如電動(dòng)機(jī)保護(hù)和控制設(shè)備到傳感器等。這些開(kāi)關(guān)設(shè)備與所用的總線相互獨(dú)立。通過(guò)選定的總線電纜（FBP電纜），就可以建立與各類(lèi)總線適配器的連接。

ABB　FBP總線適配器可支持Profibus-DP、CANopen、Modbus-RTU、DeviceNet和AS-i五種總線適配器，這五種總線適配器的外形和連接方式是相同的。為統(tǒng)一的使用和選型提供了方便，如圖2所示，選用DeviceNet總線適配器進(jìn)行通信。

圖 2 多子站設(shè)備和PLC系統(tǒng)連接圖

3、 FBP系統(tǒng)的特點(diǎn)

今天的自動(dòng)化應(yīng)用不僅需要智能化的產(chǎn)品，還需要能夠互相通信實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化功能，而總線無(wú)疑是當(dāng)前很多自動(dòng)化設(shè)備所選擇的通信手段。當(dāng)走進(jìn)任何一個(gè)制造加工廠、過(guò)程企業(yè)或者能源企業(yè)，你不難發(fā)現(xiàn)成百上千的執(zhí)行器和傳感器都通過(guò)一根總線與它們的控制器進(jìn)行通信。

3.1 簡(jiǎn)單、靈活的總線系統(tǒng)

一種設(shè)備適用所有總線類(lèi)型，在產(chǎn)品線內(nèi)的每一種設(shè)備和每一個(gè)功能模塊，含有一個(gè)中性的總線適配器接口。用選定的總線適配器和電纜接頭和預(yù)連接電纜，非常容易建立起可靠的，可塑性強(qiáng)的通訊和連接，如圖3所示。

無(wú)須改變通訊接口便可按用戶(hù)的需求改變通訊總線，這就是建立在ABB獨(dú)有的FBP總線技術(shù)上的靈活選擇。在同一個(gè)FBP總線適配器（中性總線接口）上只需改變不同種類(lèi)總線（總線類(lèi)型）的FBP總線適配器，便可改變不同的總線協(xié)議。例如Profibus或DeviceNet。而這種改變并不需用戶(hù)作任何特殊的設(shè)置，只需要更換為相應(yīng)的FBP總線適配器和在軟件中作一些簡(jiǎn)單的配置，而控制系統(tǒng)對(duì)所連接電氣設(shè)備的通訊協(xié)議改變均是自動(dòng)識(shí)別。這為用戶(hù)在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線間的變化帶來(lái)了便捷性。ABB公司的AC500系列PLC也可通過(guò)FBP適配器作為現(xiàn)場(chǎng)總線的從站運(yùn)行。

圖 3

3.2 簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線

FBP總線適配器可以簡(jiǎn)單快速連接任何總線系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線。ABB公司如今已能夠提供帶有一個(gè)具有總線無(wú)關(guān)性的接口插件，這就意味著供應(yīng)商今后不再需要根據(jù)不同目標(biāo)總線市場(chǎng)重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品。每種自動(dòng)化設(shè)備都可以通過(guò)相應(yīng)的總線插件連接到總線上，而一種總線協(xié)議對(duì)應(yīng)有一種總線插件。例如，要將一臺(tái)電機(jī)起動(dòng)器連接到DeviceNet總線上，就只需要將DeviceNet 總線插件與一般標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)起動(dòng)器連接即可。

這種現(xiàn)場(chǎng)總線插件能夠滿足所有的電子數(shù)據(jù)傳輸需要，它將所連接的總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化設(shè)備能夠識(shí)別的中立數(shù)據(jù)格式或反之。

ABB公司的電機(jī)控制器和電機(jī)起動(dòng)器都帶有一個(gè)總線無(wú)關(guān)性的FBP接口。所有安裝工程師只需要將已準(zhǔn)備好的對(duì)應(yīng)相應(yīng)總線接口的FBP連接線纜直接掛到現(xiàn)場(chǎng)總線上面。

FBP現(xiàn)場(chǎng)總線插頭可以完成一些特殊的開(kāi)關(guān)和自動(dòng)化設(shè)備與過(guò)程控制器的連接。插件的設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單，一端是具有通用性質(zhì)的與總線種類(lèi)無(wú)關(guān)的接口，另一端則是符合具體某一種總線標(biāo)準(zhǔn)的接口。緊湊型的接口里面帶有智能化的電子轉(zhuǎn)化裝置，可以將中立設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AS-i或者DeviceNet等總線能夠理解的語(yǔ)言形式。

4、 FBP總線適配器應(yīng)用于智能電機(jī)控制器（UMC）中的硬件配置

為了更好地說(shuō)明ABB FBP現(xiàn)場(chǎng)總線適配器在智能電機(jī)控制器中的靈活應(yīng)用，我們采用ABB公司的AC500系列可編程控制器及Profibus總線適配器進(jìn)行說(shuō)明。

ABB FBP總線適配器在智能電機(jī)控制器中的應(yīng)用一：

圖4 FBP總線適配器在智能電機(jī)中的應(yīng)用

圖4中，自動(dòng)化控制管理單元（PLCs）采用ABB公司AC500系列PM581作為可編程控制器CPU，在CPU上帶有：LCD顯示屏、一組操作按鍵、一個(gè)SD卡的擴(kuò)展口和兩個(gè)集成的串行通訊口，CPU底板集成以太網(wǎng)接口，并保留CS31通訊接口，具有與AC31系列PLC兼容性好等特點(diǎn)。

FBP現(xiàn)場(chǎng)總線適配器：PDP22-FBP.xxx；相關(guān)電纜及附件：PDA11-FBP.xxx及PDR11-FBP.150終端電阻器。PLC通訊主站通過(guò)FBP總線適配器與帶中性接口的智能電機(jī)控制器UMC22、軟起動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單而快速的連接，從而實(shí)現(xiàn)了從控制層到現(xiàn)場(chǎng)層的無(wú)縫連接。FBP總線適配器也廣泛應(yīng)用于設(shè)備分布比較分散的場(chǎng)合，某些站點(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)，尤其一些現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，相距離超過(guò)100米，因此所有網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率都設(shè)為一致，以確保通訊可靠。除了分布式I/O，斷路器和傳感器等站點(diǎn)位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)外，智能電機(jī)控制器、變頻器的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分布在馬達(dá)控制中心（IMCC）室，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的集中控制，統(tǒng)一管理。

FBP總線適配器在智能電機(jī)控制器中的使用體會(huì)：

（1） 現(xiàn)場(chǎng)總線可以節(jié)省大量費(fèi)用

從安裝階段來(lái)看，只通過(guò)一根通訊纜，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上名站點(diǎn)供電及通訊，相對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，節(jié)省大量的電纜、橋架等，不但縮短了安裝時(shí)間，而且降低了安裝費(fèi)用。

從控制上來(lái)看，利用網(wǎng)絡(luò)通訊及“軟”I/O方式，節(jié)約了I/O模塊，尤其是模擬量模塊。如對(duì)智能電機(jī)控制器UMC22或變頻器等工作站，啟動(dòng)/停止，啟動(dòng)方式，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，都可從總線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)。

（2） 設(shè)備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。

FBP系統(tǒng)由于僅用一條通訊電纜控制整個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備故障率大大降低。采用數(shù)據(jù)通訊方式來(lái)控制各站，不但極大減少了傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的電纜數(shù)量，也使故障環(huán)節(jié)大大減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

通過(guò)FBP系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)的集中控制的形式十分有效，極大方便了設(shè)備故障的診斷。例如當(dāng)某臺(tái)智能電機(jī)控制器UMC22發(fā)生故障時(shí)，不但可以從中控室看到報(bào)警信息，還可以從UMC22的操作面板上獲得報(bào)警信息，方便快捷。

工程實(shí)踐表明：總線中80%的故障問(wèn)題出現(xiàn)在總線電纜本身，而FBP系統(tǒng)提供預(yù)安裝的帶有金屬接觸的電纜，使因?yàn)殡娎|的問(wèn)題導(dǎo)致的故障可能性最小化。

（3） 系統(tǒng)監(jiān)控更加方便、智能化。

FBP系統(tǒng)使操作人員更加方便地隨時(shí)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)站工作狀態(tài)及調(diào)整控制參數(shù)等。如電機(jī)電流、溫度等參數(shù)，以確保電機(jī)正常工作。

（4） 即插即用（P&P）的系統(tǒng)擴(kuò)展。

因FBP采用“手拉手”的連接方式，用戶(hù)可根據(jù)需要在任何環(huán)節(jié)擴(kuò)展插入所需的監(jiān)控對(duì)象。

ABB FBP總線適配器在智能電機(jī)控制器中的應(yīng)用二：

圖 5 FBP及PDQ22在智能電機(jī)中的應(yīng)用

圖5中，F(xiàn)BP系統(tǒng)中采用集成Profibus協(xié)議的PDQ22裝置，Profibus和其它現(xiàn)場(chǎng)總線都采用標(biāo)準(zhǔn)RS485方式，每段限制32臺(tái)的主/從站數(shù)量，如果需要連接更多的設(shè)備則需要加中繼器。使用PDQ22可以每個(gè)連接4臺(tái)設(shè)備到Profibus DP總線，但是在總線中作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可節(jié)省總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量。具有以下特點(diǎn)：

在一個(gè)總線節(jié)點(diǎn)處可使用多達(dá)4個(gè)FBP適配器；

可靠的系統(tǒng)理念：檢測(cè)設(shè)備故障，指示總線和設(shè)備狀態(tài)；

簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成：自由訪問(wèn)連接設(shè)備的參數(shù)、運(yùn)行和診斷數(shù)據(jù)；集成維護(hù)管理。

5 、ABB FBP總線適配器應(yīng)用于智能電機(jī)控制器中的軟件配置

在本系統(tǒng)中采用PS501編程軟件，它是以ABB Codesys V2.3編程軟件為開(kāi)發(fā)環(huán)境，符合ICE61131-3的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可支持語(yǔ)句表（IL）、梯形圖（LD）、功能塊（FBD）、順序功能圖（SFC）、結(jié)構(gòu)文本（ST）、連續(xù)功能圖（CFC）六種編程語(yǔ)言?？赏瓿葾C500系統(tǒng)的全部設(shè)置，包括所有的現(xiàn)場(chǎng)總線和接口，而且還有全面的診斷功能、報(bào)警處理、集成可視化功能和開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口。

圖6 FBP總線適配器在PS501軟件中組態(tài)圖

圖7 UMC22監(jiān)控界面（PS501可視化功能）

6、 結(jié)束語(yǔ)

由于FBP的概念并沒(méi)有再造出一種總線來(lái)，而是將現(xiàn)有的多種現(xiàn)場(chǎng)總線都利用起來(lái)，是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，所以FBP能夠適合任何PLC系統(tǒng)。在將自動(dòng)化設(shè)備連接到現(xiàn)場(chǎng)總線和供電總線的時(shí)候，所用的連接器都是已經(jīng)準(zhǔn)備好的，可插入的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，因而也無(wú)需驚醒線纜的切割、隔離和準(zhǔn)備工作。FBP概念的引入把電氣設(shè)備和通訊功能有效地分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了PLC系統(tǒng)與電氣設(shè)備之間的無(wú)障礙通訊。電氣工程師再也不需要為通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)而煩惱，甚至可以不用考慮不同DCS供應(yīng)商所要求的不同的總線接口，而這些都緣于FBP即插即用的總線預(yù)制型插頭和豐富的總線類(lèi)型。

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